stringtranslate.com

Изотопы технеция

Технеций ( 43 Tc) — один из двух элементов с Z < 83 , не имеющих стабильных изотопов ; другим таким элементом является прометий . [2] Он в основном искусственный, и в природе существуют лишь следовые количества, полученные путем спонтанного деления (существует оценка2,5 × 10−13 граммов 99 Tc на грамм урановой смолки ) [3] или захват нейтронов молибденом . Первыми синтезированными изотопами были 97 Tc и 99 Tc [ оспаривается – обсуждается ] в 1936 году, первый искусственный элемент, который был получен. Наиболее стабильными радиоизотопами являются 97 Tc ( период полураспада 4,21 миллиона лет), 98 Tc (период полураспада: 4,2 миллиона лет) и 99 Tc (период полураспада: 211 100 лет). [4] [5 ]

Тридцать три других радиоизотопа были охарактеризованы с атомными массами в диапазоне от 85 Tc до 120 Tc. [6] Большинство из них имеют период полураспада менее часа; исключениями являются 93 Tc (период полураспада: 2,75 часа), 94 Tc (период полураспада: 4,883 часа), 95 Tc (период полураспада: 20 часов) и 96 Tc (период полураспада: 4,28 дня). [7]

Технеций также имеет многочисленные метасостояния . 97m Tc является наиболее стабильным, с периодом полураспада 91,0 дня (0,097 МэВ). [4] За ним следуют 95m Tc (период полураспада: 61 день, 0,038 МэВ) и 99m Tc (период полураспада: 6,04 часа, 0,143 МэВ). 99m Tc испускает только гамма-лучи , впоследствии распадаясь до 99 Tc. [7]

Для изотопов легче 98 Tc основным способом распада является захват электронов изотопами молибдена . Для более тяжелых изотопов основным способом распада является бета-испускание изотопами рутения , за исключением того, что 100 Tc может распадаться как путем бета-испускания, так и путем захвата электронов. [7] [8]

Технеций-99m является отличительным изотопом технеция, используемым в ядерной медицине . Его низкоэнергетический изомерный переход , который дает гамма-луч при ~140,5 кэВ, идеально подходит для визуализации с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT) . Несколько изотопов технеция, такие как 94m Tc, 95g Tc и 96g Tc, которые производятся посредством реакций (p,n) с использованием циклотрона на молибденовых мишенях, также были идентифицированы как потенциальные агенты позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) . [9] [10] [11] Технеций-101 был получен с использованием нейтронного генератора на основе DD - синтеза из реакции 100 Mo(n,γ) 101 Mo на природном молибдене и последующего бета-минус-распада 101 Mo до 101 Tc. Несмотря на свой более короткий период полураспада (т. е. 14,22 мин), 101 Tc демонстрирует уникальные характеристики распада, подходящие для радиоизотопной диагностики или терапевтических процедур, где было предложено, что его внедрение в качестве дополнения к двухизотопной визуализации или замены 99m Tc может быть осуществлено путем производства на месте и выдачи в месте оказания помощи пациентам. [12]

Технеций-99 является наиболее распространенным и наиболее легкодоступным изотопом, так как он является основным продуктом деления при делении актинидов, таких как уран и плутоний, с выходом продуктов деления 6% или более, и фактически является наиболее значимым долгоживущим продуктом деления . Более легкие изотопы технеция почти никогда не производятся при делении, поскольку начальные продукты деления обычно имеют более высокое отношение нейтронов к протонам, чем стабильно для их массового диапазона, и поэтому подвергаются бета-распаду до достижения конечного продукта. Бета-распад продуктов деления с массой 95–98 останавливается на стабильных изотопах молибдена этих масс и не достигает технеция. Для массы 100 и более изотопы технеция с этими массами очень короткоживущие и быстро бета-распадаются до изотопов рутения . Поэтому технеций в отработанном ядерном топливе практически весь 99 Tc. В присутствии быстрых нейтронов небольшое количество98
Tc будет производиться в результате (n,2n) реакций "выбивания". Если требуется ядерная трансмутация технеция, полученного в результате деления, или отходов технеция из медицинских приложений, быстрые нейтроны, следовательно, нежелательны, поскольку долгоживущие98
Tc увеличивает, а не уменьшает длительность радиоактивности в материале.

Один грамм 99Tc производит6,2 × 10 8 распадов в секунду (то есть 0,62 Г Бк /г). [13]

Технеций не имеет стабильных или почти стабильных изотопов, поэтому стандартный атомный вес для него указать невозможно.

Список изотопов


  1. ^ m Tc – Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
  4. ^ Способы распада:
  5. ^ Жирный курсивный символ как дочерний – Дочерний продукт почти стабилен.
  6. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  9. ^ Долгоживущий продукт деления
  10. ^ Используется в медицине.
  11. ^ ab Порядок основного состояния и изомера не определен.

Стабильность изотопов технеция

Технеций и прометий — необычные легкие элементы, поскольку у них нет стабильных изотопов. Используя модель жидкой капли для атомных ядер, можно вывести полуэмпирическую формулу для энергии связи ядра. Эта формула предсказывает « долину бета-стабильности », вдоль которой нуклиды не подвергаются бета-распаду. Нуклиды, которые лежат «вверху по стенкам» долины, имеют тенденцию распадаться путем бета-распада по направлению к центру (испуская электрон, испуская позитрон или захватывая электрон). Для фиксированного числа нуклонов A энергии связи лежат на одной или нескольких параболах , с наиболее стабильным нуклидом внизу. Парабол может быть больше одной, поскольку изотопы с четным числом протонов и четным числом нейтронов более стабильны, чем изотопы с нечетным числом нейтронов и нечетным числом протонов. Затем один бета-распад преобразует один в другой. Когда есть только одна парабола, может быть только один стабильный изотоп, лежащий на этой параболе. Когда есть две параболы, то есть когда число нуклонов четное, может случиться (редко), что есть стабильное ядро ​​с нечетным числом нейтронов и нечетным числом протонов (хотя это происходит только в пяти случаях: 2 H , 6 Li , 10 B , 14 N и 180m Ta ). Однако, если это происходит, не может быть стабильного изотопа с четным числом нейтронов и четным числом протонов.

Для технеция ( Z  = 43) долина бета-стабильности сосредоточена около 98 нуклонов. Однако для каждого числа нуклонов от 94 до 102 уже существует по крайней мере один стабильный нуклид либо молибдена ( Z  = 42), либо рутения ( Z  = 44), а правило изобар Маттауха гласит, что две соседние изобары не могут быть обе стабильными. [15] Для изотопов с нечетным числом нуклонов это немедленно исключает стабильный изотоп технеция, поскольку может быть только один стабильный нуклид с фиксированным нечетным числом нуклонов. Для изотопов с четным числом нуклонов, поскольку технеций имеет нечетное число протонов, любой изотоп также должен иметь нечетное число нейтронов. В таком случае наличие стабильного нуклида, имеющего одинаковое число нуклонов и четное число протонов, исключает возможность существования стабильного ядра. [15] [16]

Ссылки

  1. ^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ "Атомные веса элементов 2011 (Технический отчет ИЮПАК)" (PDF) . ИЮПАК . стр. 1059(13) . Получено 11 августа 2014 г. . – Элементы, отмеченные знаком *, не имеют стабильных изотопов: 43, 61, 83 и выше.
  3. ^ Айсенхауэр, Дж. П.; Мартин, В. Дж.; Кафоку, Н. П.; Захара, Дж. М. (2008). Геохимия технеция: краткое изложение поведения искусственного элемента в естественной среде (отчет). Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория: Министерство энергетики США. стр. 2.1.
  4. ^ ab "Livechart - Таблица нуклидов - Данные о структуре и распаде ядер". www-nds.iaea.org . Получено 18.11.2017 .
  5. ^ "Nubase 2016". NDS IAEA . 2017 . Получено 18 ноября 2017 .
  6. ^ Национальный центр ядерных данных . "База данных NuDat 2.x". Брукхейвенская национальная лаборатория .
  7. ^ abc "Технеций". EnvironmentalChemistry.com.
  8. ^ Holden, Norman E. (2004). "11. Таблица изотопов". В Lide, David R. (ред.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85-е изд.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.
  9. ^ Биготт, Х. М.; Маккарти, Д. В.; Вюст, Ф. Р.; Дальхаймер, Дж. Л.; Пивница-Вормс, Д. Р.; Уэлч, М. Дж. (2001). «Производство, обработка и использование 94mTc». Журнал меченых соединений и радиофармацевтических препаратов . 44 (S1): S119–S121. doi :10.1002/jlcr.2580440141. ISSN  1099-1344.
  10. ^ Морли, Томас; Бенар, Франсуа; Шаффер, Пол; Бакли, Кеннет; Хёр, Корнелия; Ганьон, Кэтрин; МакКуорри, Стив; Ковач, Майкл; Рут, Томас (2011-05-01). "Простое, быстрое производство Tc-94m". Журнал ядерной медицины . 52 (приложение 1): 290. ISSN  0161-5505.
  11. ^ Хаякава, Такехито; Хацукава, Юичи; Танимори, Тору (январь 2018 г.). «95g Tc и 96g Tc как альтернатива медицинскому радиоизотопу 99m Tc». Гелион . 4 (1): e00497. Бибкод : 2018Heliy...400497H. doi : 10.1016/j.heliyon.2017.e00497 . ISSN  2405-8440. ПМК 5766687 . ПМИД  29349358. 
  12. ^ Mausolf, Edward J.; Johnstone, Erik V.; Mayordomo, Natalia; Williams, David L.; Guan, Eugene Yao Z.; Gary, Charles K. (сентябрь 2021 г.). «Производство Tc-99m и Tc-101 с помощью нейтронного генератора на основе синтеза: перспективный путь к тераностике технеция». Pharmaceuticals . 14 (9): 875. doi : 10.3390/ph14090875 . PMC 8467155 . PMID  34577575. 
  13. ↑ Энциклопедия химических элементов , стр. 693, «Токсикология», параграф 2.
  14. ^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  15. ^ ab Johnstone, EV; Yates, MA; Poineau, F.; Sattelberger, AP; Czerwinski, KR (2017). «Технеций, первый радиоэлемент в периодической таблице». Журнал химического образования . 94 (3): 320–326. Bibcode : 2017JChEd..94..320J. doi : 10.1021/acs.jchemed.6b00343. OSTI  1368098.
  16. ^ Радиохимия и ядерная химия